(1)导线的选择主要考虑它所能承受的最大电流,避免温度过高。电流安全密度为5-8A/mm。
(2)考虑环形导磁材料的公称直径和断面直径,以便计算所能缠绕的线圈匝数。 (3)考虑活塞中安方线圈的空间大小,不能因为缠绕后太粗而导致安装困难。 (4)要考虑导线的磨损问题。由于活塞组装过程中,线圈与导磁环相对运动,因此必须保证导线不能因为磨损而漏磁甚至短路。
综合考虑以上因素,选择型号为QQ-1缩醛漆包铜线,规格为d为0.5mm,标准号为GB6109.3-8561.其优点是:抗冲击性能好,耐刮性能优,耐水解性好。
3.3磁流变减振器的结构设计
3.3.1结构方案的确定
通过对以上因素的分析,本设计选择混合工作模式的双筒式磁流变减振器。双筒式磁流变阻尼器工作原理图,如图3-1所示,其与传统液压双筒式阻尼器工作原理相似,当活塞3在工作缸5内上下运动时,随着磁流变液在工作缸5上下腔之间或工作缸5与贮液筒4之间的往复运动,活塞3与工作缸5缝隙及压缩阀7分别产生复原阻力和压缩阻力,而补偿阀6则保证磁流变液在工作缸5与贮液筒4之间来回流动,确保磁流变液始终充满工作缸5.通过对磁流变阻尼器活塞上线圈2通入电流的变化,改变活塞与工作缸间隙处磁场强度,在外加磁场的作用下,磁流变液中随机分布的磁极化粒子沿磁场方向运动,磁化运动使粒子首尾相连,形成链状或网状结构,如图3.1所示。从而使磁流变液的流动特性发生变化,进而使阻尼器阻尼通道两端的压力差发生变化,使复原阻尼力加以改变。这样磁流变阻尼器便将车辆振动的机械能转变为热能,经贮液筒与冷空气的热交换及热辐射,将热能耗散到大气中去。
1.活塞杆 2.线圈 3.活塞 4.储液筒 5.工作缸 6补偿阀 7.压缩阀
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图3.1 双筒式磁流变阻尼器工作原理图
3.3.2磁流变减振器结构优点
首先,减振器的活塞上开有若干个矩形齿状环槽。在外加磁场的作用下,当磁流变液流经环形通道时,由于环形槽的阻碍作用,减振器的阻尼力随磁流变液粘度的变化会产生较大的变化。
其次,导线由中空的活塞杆引出,并且在减振器内部,使得导线与磁流变液分离,有良好的磁效应。并且在运动过程中活塞内部的线圈相对于活塞静止,降低了导线磨损的可能性,使用更加安全。
第三,双出杆结构有良好的定位效果,保证同轴度,能有效降低运动过程中活塞与端盖之间的磨损和防止卡死现象的发生。
最后,所设计的减振器结构是在传统的减振器基础上设计的,有一定的使用价值,且已维修和更换,实验过程中便于找到合适的减振器。
3.4磁流变减振器磁路的设计
根据对影响磁流变减振器磁效能的分析,可逐步确定磁路的大致结构,以及计算的方法。如下是对磁路中各个参数进行的设计和选择,其中热计算经常是用来对线圈的设计进行校核。 3.4.1有关参数的初步确定
(1)工作间隙hg:随着间隙hg的增加,磁流变阻尼器的阻尼力显著下降,若使磁流变液从液态变成半固态。则必须使其处于磁场强度为几十至几百千安/米的磁场中,由于活塞中线圈产生的磁场,在缸体与活塞的间隙中,越远离线圈,磁场的强度下降的越快,因此在实际设计减振器时在其它参数不变的情况下,尽量选择较小的hg值。但是,工作间隙过小,经前面工作间隙对阻尼器的影响中分析,工作间隙还不能过小,在传统的设计中,常取磁流变阻尼器的阻尼间隙值在0.5~2.0mm中选取。线圈与外壳间的间隙的漏磁是阻尼器最主要的漏磁区域,因而在进行结构设计时,我们应该尽量减少此间隙的漏磁,也就是说减小线圈与外壳间的间隙,但如果遇到磁流变液表观粘度大,为防止阻塞,影响阻尼器的正常工作,在尺寸设计时,线圈与外壳间的间隙为工作间隙叫上0.2mm,设定线圈上部的间隙为0.8mm。
(2)工作间隙有效长度lg:工作间隙有效长度在后面的计算中算出,该量也是重要的参数值,影响磁流变阻尼器工作的效能。
(3)漏磁系数?、磁阻系数f:漏磁系数?的确定是比较复杂的,由于磁路尺寸
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结构和磁轭形状的不同,漏磁系数?的范围也很大。下限为2.0.上限在理论上可达到无穷大,根据经验,初定?为2.48.磁阻系数f与磁轭的长短、接触面积的多少、结合情况以及工作间隙的大小有关。一般地说,磁阻系数f在1.1~1.5的范围内,初定f为1.2。
(4)材料的相对磁导率:根据所使用的磁流变液其相对磁导率?MFR=8;工作缸的选择要考虑材料的结构强度、制造成本以及漏磁效果,先选定为45号钢,其相对磁导率为?1=2;磁芯的选择为软磁铁,一般选择工业纯铁,现选用磁芯为铁镍合金,确定工作点后得?2=50000,磁轭材料选定为软磁材料,先选用硅钢,?3=7000,磁流变液对磁轭、工作缸都有冲刷作用,必须对其工作表面进行表面处理,对磁轭、工作缸材料的工作表面进行热喷涂处理,所喷涂的材料应耐冲刷和具有较高的磁导率。
(5)其它根据设计要求初步确定的参数,根据最终汽车悬架半主动控制所需要的阻尼力的大小,我们确定工作间隙所需的磁通密度Bg=0.65T,磁场强度Hg=1.5A/cm。先初步确定磁芯的磁通密度Bm=0.75T、磁场强度Hg=1A/cm。
(6)线圈参数的确定,采用并列式绕法。考虑到线圈被浸在磁流变液中,故设定线圈的热系数Kt=1.2;线圈填充系数是导体材料所占空间的截面积与线圈窗口的截面积之比,但实际上线圈填充系数是很难确定的,因为它和绕组的缠绕方式等因素有关,取ft=0.63,线圈采用铜制漆包线。 3.4.2已有参数的确定
表3.1为某微型汽车前减振器压缩及复原阻尼力,因此磁流变减振器的阻尼力范围也应满足此汽车对减振器的要求。为了方便磁流变减振器的实车实验,本文设计的磁流变减振器外形尺寸和原阻尼器相同。
由于保留了一些原减振器的材料和尺寸。如图3.1所示确定的参数为工作缸的内径D4=2R4=40mm,工作缸外径D5=2R5=44mm,工作缸的材料为45号钢,活塞杆直径
D1=2R1=28mm,活塞杆材料为45号钢。需要确定的参数有:线圈的匝数、活塞的直径。
表3.1为某微型汽车前减振器压缩阻尼力和复原阻尼力,因此磁流变减振器的阻尼力可调范围也应该满足此微型汽车对阻尼力的要求。为了方便磁流变减振器的实车实验,本文所设计的磁流变减振器外形尺寸与原阻尼器相同。
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图3.1磁流变减振器的结构模型
表3.1 原有减振器要求
速速(ms) 某微型汽车前减振器 复原阻力(N) 245 520 920?140 压缩阻力(N) 175 245 390?80 —— 0.05 0.1 0.3 现在计算阻尼力如下:将已确定的尺寸,工作间隙h=0.6mm,工作缸内径D4=40mm,活塞外径D2=38.8mm,活塞杆直径D1=28,?y=30-50KPa,及速度在0.05ms、0.1ms、0.3ms代入公式3.1中
2?24?LAp?2Lb???4LAp?v??2bL F?? ?0???y (3.1)3bhhh????F? L? (3.2) 224?Apv02?bv0(?)3bhh Ap???D22-D12?4 (3.3)
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b???D2?D4?2 (3.4)
式中?为磁流变液的表观粘度,值为0.27Pa。
经计算的表3.3所示,磁流变减振器的理论阻尼力值。
表3.3 磁流变减振器的理论阻尼力
速度(ms) 0.05 0.1 0.3 磁流变减振器阻尼力 2183.2 2258.45 2559.35
3.5磁路相关参数的计算
3.5.1 磁路的计算
(1)确定磁芯面积Sm 磁芯长度Lm
确定工作间隙磁通Bg=0.65T; 工作间隙磁场强度Hg=1.5A/cm;
磁芯磁通密度Bm=0.75T; 磁芯磁场强度Hm=1.0A/cm; 磁势损失系数f=1.2; 工作间隙hg=0.6mm; 漏磁系数?=2.48; 阻尼通道长度lg=11mm;
Sg=?(r42?r22)=74.23mm2 (3.5) SmBm=?BgSg (3.6) HmLm=fHglg (3.7) Sm=159.55mm2
Lm=18mm
(2)计算各部分磁阻 间隙磁阻
4038 Rg===3209262.592H?1 (3.8) ?3?72??mfr?0lg2?3.14?8?11?10?4?3.14?10ln2R42R3ln 19